Que es la fusion nuclear

Reactor de fusión francia

Este artículo trata de las afirmaciones de Fleischmann-Pons sobre la fusión nuclear a temperatura ambiente y las investigaciones posteriores. Para el uso original del término «fusión fría», véase Fusión catalizada por muones. Para el resto de definiciones, véase Fusión en frío (desambiguación).

La fusión fría es un tipo hipotético de reacción nuclear que se produciría a temperatura ambiente o cerca de ella. Contrasta fuertemente con la fusión «caliente» que se sabe que tiene lugar de forma natural en las estrellas y de forma artificial en las bombas de hidrógeno y en los prototipos de reactores de fusión bajo una inmensa presión y a temperaturas de millones de grados, y se distingue de la fusión catalizada por muones. En la actualidad no existe ningún modelo teórico aceptado que permita que se produzca la fusión fría.

En 1989, dos electroquímicos, Martin Fleischmann y Stanley Pons, informaron de que su aparato había producido un calor anómalo («exceso de calor») de una magnitud que, según ellos, desafiaría la explicación excepto en términos de procesos nucleares[1]. [El pequeño experimento de sobremesa consistió en la electrólisis de agua pesada en la superficie de un electrodo de paladio (Pd)[3] Los resultados comunicados recibieron una amplia atención de los medios de comunicación[3] y suscitaron la esperanza de una fuente de energía barata y abundante[4].

Noticias sobre la energía de fusión

En la actualidad, muchos países participan en la investigación sobre la fusión en cierta medida, encabezados por la Unión Europea, EE.UU., Rusia y Japón, con programas vigorosos también en curso en China, Brasil, Canadá y Corea. Al principio, la investigación sobre la fusión en EE.UU. y la URSS estaba vinculada al desarrollo de armas atómicas, y permaneció clasificada hasta la conferencia Atoms for Peace de 1958 en Ginebra. Tras un gran avance en el tokamak soviético, la investigación sobre la fusión se convirtió en «gran ciencia» en la década de 1970. Pero el coste y la complejidad de los dispositivos implicados aumentaron hasta el punto de que la cooperación internacional era la única forma de avanzar.

La fusión impulsa el Sol y las estrellas, ya que los átomos de hidrógeno se fusionan para formar helio y la materia se convierte en energía. El hidrógeno, calentado a temperaturas muy elevadas, pasa de ser un gas a un plasma en el que los electrones cargados negativamente se separan de los núcleos atómicos cargados positivamente (iones). Normalmente, la fusión no es posible porque las fuerzas electrostáticas fuertemente repulsivas entre los núcleos cargados positivamente impiden que se acerquen lo suficiente como para colisionar y que se produzca la fusión. Sin embargo, si las condiciones son tales que los núcleos pueden superar las fuerzas electrostáticas hasta el punto de acercarse mucho entre sí, entonces la fuerza nuclear atractiva (que une a los protones y neutrones en los núcleos atómicos) entre los núcleos superará a la fuerza repulsiva (electrostática), permitiendo que los núcleos se fusionen. Estas condiciones pueden darse cuando la temperatura aumenta, lo que hace que los iones se muevan más rápido y finalmente alcancen velocidades lo suficientemente altas como para que los iones se acerquen lo suficiente. Los núcleos pueden entonces fusionarse, provocando una liberación de energía.

Fusión nuclear svenska

La energía de fusión es una forma propuesta de generación de energía que generaría electricidad utilizando el calor de las reacciones de fusión nuclear. En un proceso de fusión, dos núcleos atómicos más ligeros se combinan para formar un núcleo más pesado, liberando energía. Los dispositivos diseñados para aprovechar esta energía se conocen como reactores de fusión.

Los procesos de fusión requieren combustible y un entorno confinado con suficiente temperatura, presión y tiempo de confinamiento para crear un plasma en el que pueda producirse la fusión. La combinación de estas cifras que da lugar a un sistema productor de energía se conoce como criterio de Lawson. En las estrellas, el combustible más común es el hidrógeno, y la gravedad proporciona tiempos de confinamiento extremadamente largos que alcanzan las condiciones necesarias para la producción de energía de fusión. Los reactores de fusión propuestos suelen utilizar isótopos de hidrógeno como el deuterio y el tritio (y especialmente una mezcla de ambos), que reaccionan más fácilmente que el hidrógeno para permitirles alcanzar los requisitos del criterio de Lawson con condiciones menos extremas. La mayoría de los diseños pretenden calentar su combustible a unos 100 millones de grados, lo que supone un gran reto para conseguir un diseño exitoso.

Cómo funciona la fusión

Las reacciones de fusión nuclear impulsan el Sol y otras estrellas. En una reacción de fusión, dos núcleos ligeros se fusionan para formar un único núcleo más pesado. El proceso libera energía porque la masa total del núcleo único resultante es menor que la masa de los dos núcleos originales.  La masa sobrante se convierte en energía. La ecuación de Einstein (E=mc2), que dice en parte que la masa y la energía pueden convertirse la una en la otra, explica por qué se produce este proceso. Si los científicos desarrollan una forma de aprovechar la energía de la fusión en las máquinas de la Tierra, podría ser un método importante de producción de energía.

En la fusión pueden intervenir muchos elementos diferentes de la tabla periódica. Sin embargo, los investigadores que trabajan en las aplicaciones de la energía de fusión están especialmente interesados en la reacción de fusión deuterio-tritio (DT). La fusión DT produce un neutrón y un núcleo de helio. En el proceso, también libera mucha más energía que la mayoría de las reacciones de fusión. En una futura central de fusión, como un tokamak o un stellarator, los neutrones de las reacciones DT generarían energía para nuestro uso. Los investigadores se centran en las reacciones DT porque producen grandes cantidades de energía y porque se producen a temperaturas más bajas que las de otros elementos.